Contributi all'osservazione di campo ed alla modellazione matematica dei processi idrologici di versante

La predizione della risposta dei bacini fluviali alle forzanti atmosferiche, uno degli argomenti più studiati nelle scienze idrologiche,è di grande importanza pratica nella gestione delle risorse idriche, nella previsione delle piene, nel controllo dell'inquinamento, e non solo. Nonostante i grandi progressi ottenuti nel recente passato, vi sono ancora molte incertezze legate principalmente alla scarsa comprensione dei processi fisici in gioco. Mentre la precipitazione e l'evapotraspirazione sono le forzanti dominanti la dinamica dei bacini idrografici, le caratteristiche geomorfologiche e geoidrologiche del bacino sono responsabili della trasformazione dell'input atmosferico in portata alla sezione di uscita. Il bacino partiziona infatti le forzanti atmosferiche in deflusso alla superficie, deflusso sotterraneo e variazione di immagazzinamento dell'acqua sia in superficie (depressioni del terreno, laghi) che nel sottosuolo (variazione del contenuto d'acqua nella zona insatura e del livello di falda nella zona satura). L'interdipendenza dei processi superficiali e sotterranei determina quindi una formidabile complessità modellistica, condizionata oltre che dalle eterogeneità geomorfologiche della topografia e dalle eterogeneità tipiche del suolo e sottosuolo, anche dalle diversificate scale spaziali e temporali dei fenomeni in gioco. Una descrizione fisica completa di tutti i processi non è ancora disponibile nella letteratura scientifica talchè i modelli previsionali risultano necessariamente semplificati. Anche alla piccola scala, la cosiddetta scala di versante, cioè la porzione del bacino che non è permanentemente canalizzata, il ruolo relativo dei diversi processi di infiltrazione, esfiltrazione, flusso superficiale, flusso sotterraneo, non è del tutto chiarito. Una delle domande più importanti nello studio dei processi idrologici è in quale porzione la complessa fisica della piccola scala deve essere presa in considerazione nei modelli a scala di bacino. La risposta a questa domanda non può prescindere da una comprensione dettagliata dei processi alla scala di versante. Risulta dunque cruciale osservare e comprendere il ruolo dei diversi meccanismi di deflusso a tale scala, determinare l'importanza relativa di deflusso superficiale/subsuperficiale e studiare le dinamiche che sussistono tra acqua vecchia, ossia già immagazzinata nel bacino, e acqua nuova, ovvero acqua dell'evento in corso. Questa tesi vuole occuparsi dello studio della dinamica idrologica di tali processi, utilizzando una combinazione di strumenti modellistici di dettaglio e misure di campo ad alta definizione. Si presentano quindi alcuni risultati sperimentali e modellistici ottenuti in un bacino idrografico di piccole dimensioni strumentato per il monitoraggio idrologico delle grandezze utili alla comprensione di tali fenomeni. Il lavoro di tesi è quindi partito dalla definizione delle grandezze utili allo studio in oggetto e dalla ricerca delle strumentazioni più adatte da usare in campo. Si è quindi proceduto alla installazione di tali strumentazioni nel bacino per misurare in continuo, tra le altre cose, precipitazioni, portate alla sezione di chiusura, livelli di falda, pressioni capillari. Si è proceduto contemporaneamente ad una caratterizzazione idrogeologica del suolo e sottosuolo mediante metodi geofisici e geognostici, oltre a effettuare esperimenti di traccianti e di infiltrazione controllata. Gli strumenti modellistici adottati, che accoppiano i flussi superficiale e subsuperficiale, sono stati condizionati alle misure dettate dalla caratterizzazione idrogeologica e calibrati rispetto ad alcuni eventi registrati in sito. La susseguente validazione su periodi diversi da quelli di calibrazione ha mostrato una buona capacità predittiva dei modelli così calibrati. Hanno permesso di evidenziare i processi idrologici dominanti la generazione del deflusso, con riflessi di rilievo per il problema idrologico generale e per il sito sperimentale in particolare.